一種圓弧和直線段混合異型孔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及應(yīng)用于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子或汽輪機轉(zhuǎn)子輪盤幅板螺栓通孔、通氣均壓孔 的孔結(jié)構(gòu)，具體來說是一種圓弧和直線段混合異型孔。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺栓孔、通氣孔是航空發(fā)動機輪盤幅板上的常見結(jié)構(gòu)，它們對輪盤承載能力的削 弱將會降低結(jié)構(gòu)的整體強度。如圖1所示，由于現(xiàn)有孔的截面多為圓形，在承受各向應(yīng)力值 不等的多軸載荷時會產(chǎn)生較嚴重的應(yīng)力集中，進而導致徑向裂紋故障發(fā)生，對輪盤壽命的 影響十分顯著，采用孔邊倒角、拋光等工藝措施來可降低危害。但不能解決根本問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所涉及到的缺陷，提供一種圓弧和 直線段混合異型孔，以解決現(xiàn)有發(fā)動機轉(zhuǎn)子或汽輪機轉(zhuǎn)子幅板上的螺栓通孔、均壓孔等孔 結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)使用壽命。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種圓弧和直線段混合異型孔，其最大縱向輪廓為2a，最大橫向輪廓為2b，所述 最大縱向輪廓2a小于等于最大橫向輪廓2b;
[0006] 所述圓弧及直線段異型孔幾何輪廓由六段圓弧和兩段直線段構(gòu)成；
[0007] 所述六段圓弧為一個半徑為&的頂部主圓弧，一個半徑為R4的底部主圓弧，兩個 關(guān)于Y軸對稱的半徑為R2的上過渡圓弧以及兩個關(guān)于Y軸對稱的半徑為R3的下過渡圓弧；
[0008] 所述兩段直線段為兩個關(guān)于Y軸對稱的長度為L的側(cè)邊直線段；
[0009] 所述六段圓弧和兩段直線段光滑相切；
[0010] 所述圓弧和直線段混合異型孔的輪廓相對Y軸對稱；
[0011] 用于對所述圓弧和直線段混合異型孔開孔的銑刀開孔時的最小加工直徑為D_;
[0012] 所述孔中：
[0013] 頂部主圓弧的圓心坐標為：
[0014] (x1; = (0,a-Ri)
[0015] 兩個上過渡圓弧的圓心坐標分別為：
[0018] 兩個下過渡圓弧的圓心坐標分別為：
[0016]
[0017]
[0019]
[0020]
[0021] 底部主圓弧的圓心坐標為：
[0022] (x4,y4) = (0,R4-a)
[0023] 頂部主圓弧與兩個上過渡圓弧的切點坐標分別為：
[0024]
[0025]
[0026] 兩個上過渡圓弧與兩段直線段的切點坐標分別為：
\ /[0029] 兩個下過渡圓弧與底部主圓弧的切點坐標分別為：
[0027]
[0028]
\ v "[0032] 兩個下過渡圓弧與兩段直線段的切點坐標分別為：
[0030]
[0031]
[0036] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0037] 圓弧和直線段混合異型孔為一種參數(shù)化孔型，其輪廓形狀能夠在最大輪廓尺寸給 定情況下根據(jù)異型孔設(shè)計參數(shù)的變化而變化，從而降低孔邊應(yīng)力集中。以圓弧及直線段混 合型異型孔替代圓形孔，并對混合異型孔設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化后，可以顯著降低孔邊6點鐘 及12點鐘位置最大主應(yīng)力，對提高結(jié)構(gòu)使用壽命有明顯益處。
【附圖說明】
[0038] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的國外某型發(fā)動機高壓渦輪盤異型孔的幾何輪廓；
[0039] 圖2為本發(fā)明圓弧和直線段混合異型孔的幾何輪廓；
[0040] 圖3為圓孔的第一主應(yīng)力云圖；
[0041 ] 圖4為本發(fā)明的第一主應(yīng)力云圖。
[0042] 其中，1-最大縱向輪廓2a;2_最大橫向輪廓2b;3_半徑為R1的頂部主圓??；4-半 徑為R2的上過渡圓??；5-半徑為R3的下過渡圓??；6-半徑為R4的底部主圓??；7-長度為 L的側(cè)邊直線段。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：
[0044] 請參照圖2所示，定義改進前圓形通孔半徑為a。異型孔輪廓的最大縱向輪廓為 2a，最大橫向輪廓為2b，并要求a<b。圓弧和直線段混合異型孔幾何輪廓由六段圓弧和兩 段直線段構(gòu)成，組成輪廓的各部分光滑連接（相切）。規(guī)定孔的輪廓關(guān)于Y軸對稱。六段圓 弧分別為一個頂部主圓弧& 為半徑，尺寸3)，一個底部主圓弧R4 (R4為半徑，尺寸6)，兩 個關(guān)于Y軸對稱的上過渡圓弧R2 (R2為半徑，尺寸4)以及兩個關(guān)于Y軸對稱的下過渡圓弧 R3(R3為半徑，尺寸5)，兩個個關(guān)于Y軸對稱的側(cè)邊直線段L(L為直線段長度）。
[0045] 圖2中虛線輪廓為原設(shè)計中的通孔（基圓）輪廓，而圓弧和直線段混合異型孔的 輪廓由&_1? 4共4個半徑尺寸以及最大縱向輪廓2a、最大橫向輪廓2b，共六個設(shè)計變量決 定。當b>a時，能夠在保持徑向開孔位置公差不變的前提下，增大對周向開孔位置誤差的容 忍度。
[0046] 由于圓弧和直線段混合異型孔的輪廓相對Y軸對稱，下面以第一、四象限的四分 之一混合異型孔為例，給出本發(fā)明的統(tǒng)一數(shù)學模型，包含異型孔的圓弧圓心坐標、弧與弧、 弧與直線的切點坐標及圓弧半徑的取值范圍的表達式。
[0047] 圓弧圓心坐標由式（1)-(4)給出：
[0048] 主圓弧R1:
[0049] (x1; = (0, a-Ri) (1)
[0050] 過渡圓弧R2:
(2)
[0052] 過渡圓弧R3:
[0053]
[0054] 主圓弧R4:
[0055] (x4, y4)=(0,R4_a)⑷
[0056] 弧與弧、弧與直線的切點坐標為由（5)_(8)式給出：
[0057] 主圓弧札與過渡圓弧R2的切點坐標為：
[0058]
(5)
[0059] 過渡圓弧R2與直線段的切點坐標為：
[0060]
(6)
[0061 ] 過渡圓弧R3與主圓弧R4的切點坐標為：
[0062]
(7) ：
[0063] 過渡圓弧R3與直線段的切點坐標為：
[0064]
(8)
[0065] 圓弧半徑的取值范圍：
[0070] 第二、三象限的四分之一混合異型孔的輪廓和以上給出的第一、四象限的四分之 一混合異型孔的輪廓關(guān)于Y軸對稱，不再一一贅述。
[0071] 以圓弧和直線段混合異型孔替換原始設(shè)計的圓孔，采用適當?shù)膬?yōu)化算法對異型孔 輪廓參數(shù)進行優(yōu)化。某發(fā)動機轉(zhuǎn)子輪盤用圓弧和直線段混合異型孔取代圓孔的改進結(jié)果表 明：采用經(jīng)尺寸優(yōu)化的圓弧及直線段混合型異型孔，危險點區(qū)域（6點鐘及12點鐘位置）應(yīng) 力水平大幅下降，孔邊應(yīng)力的分布更加均勻，且最大主應(yīng)力位置從原6點鐘位置移動到5、7 點鐘位置附近，可有效降低輪盤周向最大主應(yīng)力。優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)體積略有減少。
[0072] 圖3為原設(shè)計圓孔的第一主應(yīng)力云圖，圖4為本發(fā)明圓弧和直線段混合異型孔的 第一主應(yīng)力云圖，對比后可以明顯得出本發(fā)明由于原設(shè)計圓孔。
[0073] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括 技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。 還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文 中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0074] 以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發(fā) 明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種圓弧和直線段混合異型孔，其最大縱向輪廓為2a，最大橫向輪廓為2b，所述最 大縱向輪廓2a小于等于最大橫向輪廓2b，其特征在于： 所述圓弧及直線段異型孔幾何輪廓由六段圓弧和兩段直線段構(gòu)成； 所述六段圓弧為一個半徑為R1的頂部主圓弧，一個半徑為R4的底部主圓弧，兩個關(guān)于Y軸對稱的半徑為R2的上過渡圓弧以及兩個關(guān)于Y軸對稱的半徑為R3的下過渡圓?。?所述兩段直線段為兩個關(guān)于Y軸對稱的長度為L的側(cè)邊直線段； 所述六段圓弧和兩段直線段光滑相切； 所述圓弧和直線段混合異型孔的輪廓相對Y軸對稱； 用于對所述圓弧和直線段混合異型孔開孔的銑刀開孔時的最小加工直徑為D_; 所述孔中： 頂部主圓弧的圓心坐標為： (x1;Y1) = (0,a-Ri) 兩個上過渡圓弧的圓心坐標分別為：兩個下過渡圓弧與底部主圓弧的切點坐標分別為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圓弧和直線段混合異型孔，其最大縱向輪廓為2<i>a</i>，最大橫向輪廓為2<i>b</i>，所述最大縱向輪廓為2<i>a</i>小于等于最大橫向輪廓2<i>b</i>；所述圓弧及直線段異型孔幾何輪廓由六段圓弧和兩段直線段構(gòu)成，各輪廓部分光滑連接。所述六段圓弧為一個半徑為<i>R</i>1的頂部主圓弧，一個半徑為<i>R</i>4的底部主圓弧，兩個關(guān)于<i>Y</i>軸對稱的半徑為<i>R</i>2的上過渡圓弧以及兩個關(guān)于<i>Y</i>軸對稱的半徑為<i>R</i>3的下過渡圓??；所述兩段直線段為兩個關(guān)于<i>Y</i>軸對稱的長度為<i>L</i>的側(cè)邊直線段。本發(fā)明圓弧及直線段混合型異型孔，可有效的解決現(xiàn)有發(fā)動機轉(zhuǎn)子和汽輪機轉(zhuǎn)子幅盤上的螺栓通孔、均壓孔等孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)使用壽命。
【IPC分類】F01D5/02
【公開號】CN105041386
【申請?zhí)枴緾N201510430090
【發(fā)明人】郭海丁, 肖揚, 孫青平, 楊四輝
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月21日